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Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von
Gegenständen mit einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von geerdeten Gegenstän- den mit einer von einem elektrisch geladenen Zerstäuber zerstäubten Flüssigkeit, wobei ein hochohmiger
Widerstand zur Vermeidung von Funkenüberschlägen verwendet wird. Es ist zwar bekannt, bei einer der- artigen Vorrichtung einen hochohmigen Widerstand zur Vermeidung von Funkenüberschlägen zu verwenden. Bei der bekannten Vorrichtung ist aber dieser Widerstand an eine an Hochspannung liegende Zwi- schenelektrode angeschlossen, wodurch deren Berührung gefahrlos wird. Bei dieser Vorrichtung wird aber kein Wert darauf gelegt, dass die leitenden Teile eine geringe Gesamtkapazität aufweisen.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass der hochohmige Widerstand im Hochspannungsstrom- kreis des Zerstäubers liegt, einige bis 100 Megohm je Kilovolt der verwendeten Hochspannung aufweist und unmittelbar hinter dem am vorderen Geräteende angeordneten Zerstäuber bzw. innerhalb des aus Iso- liermaterial bestehenden Gerätegehäuses angeordnet ist, wobei alle leitenden Teile des Zerstäubers zu- sammen eine effektive Kapazität besitzen, die einer Metallkugel mit einem Radius von etwa 3 cm im gleichen System entspricht.
Durch eine solche Anordnung wird vor allem erreicht, dass schädliche Über- schläge ausgeschlossen werden und die Möglichkeit besteht, dass die Bedienungsperson die erfindungsge- mässe Vorrichtung in der Hand hält und kein Schaden entsteht, wenn die Bedienungsperson mit der Elek- trode selbst oder diese mit dem zu beschichtenden Gegenstand in Berührung kommt.
Die Erfindung besteht auch darin, dass der Zerstäuber aus nichtleitfähigem Material gebildet ist und auf einer Seite mit einer Materialschicht geringer Leitfähigkeit und hohem elektrischen Widerstand ver- sehen ist. Erfindungsgemäss ist es auch möglich, dass ein in einem aus Isoliermaterial bestehenden Ge- häuse ein Zerstäuberkopf umläuft, an dessen Rand die Flüssigkeit elektrostatisch zerstäubt wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 einen Längs- schnitt durch ein Zerstäubungsgerät, Fig. 3 eine Teilansicht desselben, Fig. 4 ein Diagramm mit der Dar- stellung der Spannungsverhältnisse und Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Form des Zerstäubungs- gerätes.
Wie Fig. l zeigt, wird eine Reihe von mit einer Farbflüssigkeit zu überziehenden Gegenständen 10 auf einem Fliessband durch den Spritzbereich geführt; die Gegenstände sind Zierleisten für Autofenster, die mit den herkömmlichen Spritzverfahren, bei welchen in der Hand zu haltende Luftspritzpistolen verwen- det werden, nur schwierig behandelt werden können. Die zu überziehenden Gegenstände sind hier darge- stellt, wie sie an Aufhängevorrichtungen 11 auf einem Fliessband 12 nach der rechten Seite der Fig. 1 ge- führt werden. Diese Führung findet ohne Drehung der Gegenstände statt, wobei letztere nur auf einer Sei- te überzogen werden, während auf der andern Seite des Fliessbandes ein zweiter Arbeiter steht, der die
Gegenstände von der andern Seite spritzt.
Das Zerstäubungsgerät, das mit 14 bezeichnet ist, besitzt einen langen Griff 15, dessen äussere Hül- le aus Polyäthylen oder anderem nichtleitenden Material mit guten Hochspannungsisoliereigenschaften besteht, sowie aus einem rotierenden glockenförmigen Kopf 16, an dessen Rand das flüssige Spritzmate- rial elektrostatisch zerstäubt wird. Die aufgeladenen zerstäubten Flüssigkeitsteilchen werden sodann durch die elektrostatischen Kräfte von den mit ihnen zu überziehenden Gegenständen angezogen und auf diesen abgelagert ; diese Gegenstände sind geerdet.
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Die Vorrichtung enthält, wie Fig. 3 zeigt, einen Farb-Vorratsbehälter 18, der durch einen Schlauch 19 einer Pumpe 20 die Flüssigkeit zuführt ; die Pumpe 20 wird durch einen eigenen Motor angetrieben. Die durch die Pumpe geförderte Farbmenge wird durch eine Speiseleitung 20a in die hohle Welle eines Elektromotors 22 geführt ; die Speiseleitung 20a durchsetzt diese Welle und eine biegsame Leitung 32 bis zu i dem in der Hand zu haltenden Zerstäubungsgerät 14, dem die Flüssigkeit schliesslich durch eine Öffnung in der Mitte eines glockenförmigen umlaufenden Zerstäuberkopfes 16 als dünner Film auf dessen Innenseite zugeführt und hierauf an dessen Kante zerstäubt wird.
Das elektrostatische Feld zwischen der Kante des Zerstäuberkopfes und dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand bewirkt, dass der Flüssigkeitsfilm in dicht nebeneinanderliegende Kuppen ausgezogen wird, von deren Enden die Sprühteilchen oder feinen Flüssigkeitstropfen während der Zerstäubung frei werden.
Die Drehung des Zerstäuberkopfes 16 wird dadurch bewirkt, dass ein Motor 22 mit hohler Achse eine biegsame hohle Welle 24, welche die Flüssigkeitsleitung 21 umgibt, antreibt. Die äussere Hülle der Leitung besteht aus einem Schlauch 25, der aus Polyäthylen oder einem andern Material mit hohem Hochspannungsisolierwert besteht. Die Hochspannung, welche mindestens 40000 V, vorzugsweise 70000 V oder mehr beträgt, wird von dem Hochspannungsgenerator 17 geliefert, in der Regel von dessen negativem Pol und durch die Leitung 26 dem Motor 22. zugeführt. Der biegsame Metallschlauch 24 leitet den Hochspannungsstrom zum Zerstäubergerät.
Der Flüssigkeits-Vorratstank 18, das Pumpenaggregat 20, das aus Pumpe und Motor besteht, sowie der Antriebsmotor 22 sind auf einem Tisch 27 angeordnet, dessen Beine 28 aus Keramik oder anderem festen Material bestehen, das einen hohen Hochspannungsisolierwert besitzt ; der Pumpen- und der Antriebsmotor 22 wird mit Netzstrom versorgt. Dies geschieht durch Isolationstransformatoren mit entsprechender Hochspannungsisolierung, so dass das ganze Aggregat gegenüber Erde auf Hochspannung gehalten wird.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, werden alle diese Teile gewöhnlich in einem isolierten Gehäuse untergebracht, um das bedienende Personal vor zufälligen Berührungen mit den Hochspannung führenden Teilen zu schützen ; weiterhin werden nicht nur die Hochspannungszuleitung, sondern auch die Isolationstransformatoren mit gewöhnlichen AUS-Schaltern ausgestattet, um dem Arbeiter die Möglichkeit zu geben, den Spritzvorgang jederzeit durch einfaches Ausschalten eines Hauptschalters oder der Nebenschalter zu beenden.
In der Fig. 2 ist das Zerstäubergerät in seinen Einzelheiten dargestellt. Der umlaufende glockenförmige Zerstäuberkopf 16 ist aus Nylon, Polyäthylen oder einer andern Substanz mit einem hohen Hochspannungsisolierwert hergestellt. Der Zerstäuberkopf hat eine axiale Öffnung 16a mit einem angrenzenden konischen Teil 16b und einem Rand 16c, dessen Innenfläche in einem Winkel von 150 zur Achse geneigt ist. Dieser Rand des Zerstäuberkopfes läuft aus in einer sich verjüngenden scharfen Zerstäuberkante 16d.
Die Innenfläche des Zerstäuberkopfes ist von der Achsöffnung bis zur Zerstäuberkante mit einem Überzug 16e versehen, der aus einem Material von hohem chemischem Widerstand gegen die zu spritzende Flüssigkeit, mit einem hohen mechanischen Widerstand gegen Abnutzung durch das darüber fliessende Spritzmaterial und mit einem hohen elektrischen Widerstand besteht. Während der in Fig. 2 dargestellte Zerstäuberkopf aus im wesentlichen nichtleitendem Material, z. B. Nylon, mit einem Anstrich geringer Leitfähigkeit besteht, kann er auch aus einem homogenen Material hergestellt sein, wenn dieses den erforderlichen Widerstand und die erforderliche mechanische Festigkeit besitzt.
Es ist festgestellt worden, dass ein umlaufender Zerstäuberkopf von etwa 10 cm Durchmesser, der eine günstige Grösse für einen Handzerstäuber darstellt, einen Widerstand vom Mittelpunkt an der Achsöffnung zur Zerstäuberkante, wenn diese über den gesamten Umfang in Berührung mit einer Metallplatte gebracht wird, von mindestens 10 Megohm, vorzugsweise von 100 Megohm, aufweisen sollte ; wenn umlaufende Zerstäuber grösseren Durchmessers verwendet werden, wird der Widerstand erheblich erhöht.
Der glockenförmige Teil 16 ist mittels Gummiringen auf einer drehbaren Welle 29 befestigt. Die Welle enthält einen Widerstand, der aus einem hohlen keramischen Rohr 29a von einer Länge von etwa 30 cm mit einem äusseren Überzug 29b aus einem Material von hohem elektrischen Widerstand besteht.
Ein Überzug am in der Fig. 2 rechts gelegenen Ende des Rohres 29a stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Widerstandsmaterial 29b und dem inneren Teil des Überzuges 16e auf der Innenseite des glokkenförmigen Zerstäubers dar. Dieser Widerstand ist in einer Hülse 29c aus Phenolharz oder ähnlichem Material enthalten.
Der äussere Mantel 25 der biegsamen Leitung 23 erstreckt sich im linken Teil des Mantels 31, wie im linken Abschnitt der Zeichnung gezeigt ist. Der Zusammenhalt mit dem Handzerstäuber wird durch die an dem Bund 33 des Leitungsmantels 25 angreifende Mutter 32 bewirkt. Die biegsame Metallwelle 24 in der Leitung 25 wird durch eine Keilverbindung 34 mit der Welle 29, welche den glockenförmigen Zerstäuber 16 trägt, verbunden. Entsprechende Dichtungen in der Keilverbindung 34 sorgen dafür, dass das
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gesamte Spritzmaterial vom Ende der Flüssigkeitsleitung 21 in die hohle Achse 29 fliesst.
Die Flüssigkeit, die durch die Leitung 21 geführt wird, breitet sich infolge der Umdrehung des glockenförmigen Zerstäu- bers auf dessen Innenfläche aus und versorgt so die Zerstäuberkante kontinuierlich mit einer durch die
Pumpe bestimmten Flüssigkeitsmenge ; es kann z. B. der Zerstäuberkante eine Menge von 100 cm Flüssig- keit pro Minute zugeführt werden.
Der Stromanschluss an die Hochspannungsquelle erfolgt durch eine hohle biegsame Metallwelle, wel- che jedoch wegen der Möglichkeit zufälliger Berührung durch das Bedienungspersonal mit einem Polyäthy- len-Schlauch überzogen ist. Die an der Zerstäuberkante liegende Hochspannung ist durch den Überzug 16e und durch den Überzug 29b verringert. Natürlich kann eine entsprechende Isolierung auch unabhängig von der Grösse des Widerständes die Bildung von Lichtbögen verhindern. Parallel zu diesen hohen Widerstän- den verläuft ein weiterer Stromweg durch die Farbflüssigkeit von dem Punkt, wo diese die biegsame Me- tallwelle verlässt, bis zu der Zerstäuberkante.
Obwohl eine leitfähige Farbflüssigkeit in dem hierbe- schriebenen Gerät die hohen Widerstände wirkungslos machen würde, ist doch der Widerstand der Flüs- sigkeitssäule in der Leitung der dargestellten Grösse, welche gewöhnlich keinen grösseren Durchmesser als 3 - 4 mm hat, in der Regel so hoch, dass der Widerstand durch die Farbflüssigkeit mindestens einige hun- dert Megohm und bei den üblichen Lacken viele tausend Megohm beträgt. Vorzugsweise wird man einen wirksamen Gesamtwiderstand zwischen der metallischen Leitung und der Zerstäuberkante von mindestens mehreren Megohm je Kilovolt der von der Hochspannungsquelle gelieferten Spannung wählen.
Beim Betrieb der Anlage soll der wirksame Gesamtwiderstand mindestens 300 Megohm bzw. 1000 Meg- ohm oder mehr betragen. Die meisten Farben haben jedoch einen Widerstand, der die vorgenannten Wer- te weit übersteigt. Selbst wenn die Farbflüssigkeit, wie dies häufig der Fall ist, praktisch überhaupt nicht leitet, so werden die festen Widerstände an der Zerstäuberkante bewirken, die Flüssigkeitsteilchen zu zerstäuben und aufzuladen.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Arbeiter, der das Handspritzgerät betätigt, die Form der Fenster- schmuckleisten allgemein nachziehen wird : bei einer Spannung von z. B. 100 000 V soll der Zerstäuber- kopf des Gerätes 15 - 20 cm von den Metallteilen des mit der Farbflüssigkeit zu überziehenden Gegen- standes entfernt bleiben. Handspritzverfahren oder solche Spritzverfahren, bei denen die Grösse des Luft- zwischenraumes zwischen den Elektroden erheblichen Veränderungen unterliegt, bedingen eine Reihe von
Schwierigkeiten.
Sofern die Spannung zwischen der zerstäubenden Elektrode und dem mit der Flüssig- keit zu überziehenden Gegenstand konstant gehalten wird, müssen Veränderungen der Grösse des Luftzwi- schenraumes zwischen diesen notwendigerweise zu erheblichen Schwankungen der Stärke des Durch- schnitts-Potentialgradienten führen. Wenn der Zerstäuberkopf und der Griff aus Metall bestehen und an eine 100 000 V Stromquelle angeschlossen sind, so beträgt der Durchschnitts-potential-Gradient bei einem Abstand von 30 cm nur etwa 3200 V/cm, während er bei einem Abstand von 12,5 cm 800 V/cm betragen würde. Eine Spritzanlage, bei der die Zerstäubung der Farbflüssigkeit elektrostatisch erfolgt, führt zu hohem Wirkungsgrad der Flüssigkeitsablagerung und ist daher für die Praxis besonders geeignet.
Es ist jedoch festgestellt worden, dass bestimmte Optimalwerte des Durchschnitts-Potential-Gradienten bestehen, und dass diese entsprechend der Grösse des jeweiligen Luftzwischenraumes schwanken.
Eine zu hohe Spannung ruft gewisse Eigenschaften des Feldes hervor, die bewirken, dass die Kuppen der Flüssigkeit, die sich infolge der elektrostatischen Einflüsse des Feldes an der Zerstäuberkante bilden, teilweise ineinanderlaufen und auf diese Weise zu unerwünscht grossen Gebilden anwachsen, so dass sie auf jeden Fall beginnen, in einer Weise hin-und herzuschlagen, die eine erhebliche Verringerung der Gleichmässigkeit der zerstäubten Flüssigkeitsteilchen zur Folge hat.
Der optimale Durchschnitts-Potential- Gradient für einen Spritzkopf von 10 cm Durchmesser, der mit 1000 Umdr/min umläuft, und der mit 100 cm Emaillelack pro Minute gespeist wird, liegt bei einer Grösse des Luftzwischenraumes von 30 cm bei 3000 V fcmi bei einer Grösse desselben von 22,5 cm bei 3600 V/cm ; von 15 cm bei 4680 V/cmi von 7,5 cm bei 6800 V/cm.
Die Fig. 4 stellt Kurven dar, die die verschiedenen Verhältnisse bei elektrostatischen Spritzverfahren mit und ohne Verwendung der Erfindung erkennen lassen. Die mit 58 bezeichnete Kurve stellt die Überschlagskurve für die verschiedenen Entfernungen des zu spritzenden Gegenstandes dar, wobei dieser aus einem geerdeten flachen Blech besteht, und der Zerstäuberkopf an den negativen Pol eines Hochspannungsaggregates angeschlossen ist, dessen positiver Pol geerdet ist. Aus der Kurve ist ersichtlich, dass der Überschlag auf eine Entfernung von etwa 5 cm bei 60 Kilovolt, von 7,5 cm bei 90 Kilovolt erfolgt.
Die mit 59a bezeichnete Kurve stellt die Spannung dar, welche zwischen dem Zerstäuberkopf und dem zu spritzenden Gegenstand bei verschiedenen Entfernungen auftritt. wenn Zerstäuber und Hochspannungsgenerator der üblichen Bauart entsprechen, d. h. ein Widerstand von 10 Megohm im Generator eingebaut
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ist. Bei einer Spannung von 90 Kilovolt an der Zerstäuberkante und einer Entfernung derselben von 30 cm von dem Gegenstand verläuft die Kurve auch bei abnehmenden Entfernungen im wesentlichen flach, mit einer geringfügigen Spannungsverringerung während der letzten 2, 5 - 5 cm, bevor der Punkt an dem der Überschlag eintritt, erreicht ist. Dieser Punkt liegt etwa bei 6,4 cm, bei welcher Entfernung die Spani nung an der Zerstäuberkante immer noch 80 Kilovolt beträgt.
Die optimale Zerstäubungsspannul1g eines Zerstäuberkopfes mit einem Durchmesser von 10 cm, der mit 900 Umdr/min rotiert und mit 100 cm'üblicher synthetischer Emaille pro Minute gespeist wird, ist durch die mit 59b bezeichnete strichlierte Linie dargestellt. Um in einer elektrostatischen Zerstäubungs- anlage die optimale Zerstäubung zu erreichen, soll die Spannung an der Zerstäuberkante der Kurve 59b möglichst genau folgen. Es ergibt sich nun aus der Zeichnung, dass die Kurve 59a des üblichen elektro- statischen Zerstaubungsverfahrens die optimale Zerstäubungswirkung nur bei einer Entfernung von 30 cm erreicht, und dass wesentliche Verringerungen dieser Entfernung zu Spannungen führen, die erheblich über der optimalen Spannung liegen, und somit ein Absinken der Qualität der Zerstäubung verursachen.
Wenn dagegen gemäss der Erfindung der Schutzwiderstand, welcher in einem 100 Kilovolt Hochspan- nungsgenerator verwendet wird, eine Grösse von 1500 Megohm hat, so ergibt sich die Kurve 59c, die mit der Kurve der optimalen Zerstäubung 59b weitgehend übereinstimmt, da sie sich nur geringfügig von der
Kurve der optimalen Zerstäubung 59b entfernt; sie schneidet die Kurzschlusskurve, wenn die Entfernung geringer ist als 2, 5 cm und die Spannung zwischen dem Zerstäuberkopf und dem Gegenstand unter 30 000 V herabgesunken ist. Darüber hinaus zeigt die Kurve bei allen Entfernungen, die grösser als 5 cm sind, eine
Spannung von mehr als 40 000 V, so dass eine befriedigende Zerstäubung und Ablagerung der Flüssigkeit bei allen Entfernungen von 30 cm bis hinab zu 5 cm erzielt werden kann.
Wenn jedoch anderseits der Wi- derstand einen zu hohen Wert hat, wie z. B. 50 000 Megohm bei einem 100 Kilovolt Hochspannungsaggre- gat, so zeigt die sich dabei ergebende Kurve 59d, dass die Spannungen zu gering sind, um eine befriedi- gende Zerstäubung und Ablagerung der Flüssigkeit auf dem zu überziehenden Gegenstand bei normalen
Entfernungen zwischen den Elektroden zu erzielen.
Um die bei einer Verkleinerung des Luftzwischenraumes eintretende Spannungsverringerung bei einer elektrostatischen Spritzanlage mit einem handelsüblichenHochspannungsgenerator von 100 Kilovolt auto- matisch der optimalen Zerstäubungsspannung anzugleichen, soll eine Schutzimpedanz verwendet werden, welche bei maximaler Grösse des Luftzwischenraumes die angelegte Spannung um z. B. 100/0, verringert.
Aus der Kurve 59c der Fig. 4 erhellt, dass der Spannungsabfall am Schutzwiderstand bei einer Entfernung von 30 cm 15 Kilovolt beträgt. Es ist darüber hinaus aus der Fig. 4 ersichtlich, dass die Spannungsverrin- gerung bei einer Annäherung der Elektroden bis auf 2,5 cm zu 70% dem Schutzwiderstand und nur ein kleiner Teil der Verringerung dem Luftzwischenraum zuzuschreiben ist.
Während innerhalb bestimmter Grenzen höhere Spannungen an der Stromquelle und eine höhere
Schutzimpedanz vorzuziehen sind, erhöhen sich die Kosten für einen Hochspannungsgenerator viel mehr als die dafür zu erhaltende Hochspannung, so dass es aus wirtschaftlichen Gründen vorzuziehen ist, die
Höchstspannung auf etwa 150 Kilovolt zu beschränken. Unter diesen Umständen soll der Schutzwiderstand auf eine Stärke von etwa 1500 Megohm beschränkt werden, um die erwünschten Schwankungen der Zer- stäubungsspannung und eine befriedigende Ablagerung der Farbflüssigkeit zu erzielen. Natürlich ist es möglich, wenn die Kosten keine entscheidende Rolle spielen, Hochspannungsgeneratoren herzustellen, die etwa das Doppelte der oben als wirtschaftlich bezeichneten Spannung ergeben. Versuche haben ge-
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soll.
Unvorteilhaft ist es, mehr als etwa 100 Megohm pro Kilovolt zu verwenden.
Von grosser Wichtigkeit bei der Verwendung von hohen Spannungen in elektrostatischen Spritzverfahren sind weiterhin die Erwägungen der Sicherheit sowohl hinsichtlich der Feuergefahr, wenn flüchtige Farblösungen verwendet werden, als auch hinsichtlich der Möglichkeit, dass das bedienende Personal elektrische Schläge erleidet. Bestimmte Farblösungen führen zu feuergefährlicheren Mischungen als andere, da z. B. die häufig verwendete Farblösung Xylene während des Spritzprozesses in der Luft verdampft und sich dann leicht entzündet. Es wurde festgestellt, dass selbst dann, wenn die Elektrode unerwünscht nahe an den mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand herangeführt wird, d. h. bis auf eine Entfernung bei der Funkenbildung stattfindet, z.
B. auf 1,3 cm, diese Funken bei der Verwendung von Vor- und Schutzwiderständen der oben beschriebenen Art und unter Bedingungen, bei denen eine genügend niedrige Kapazität vorherrscht, so schwach sind, d. h. sie besitzen eine so geringe Intensität, dass selbst eine leichter entzündbare Mischung als die gewöhnlich gebrauchte nicht entzündet werden würde.
Während niedrige Widerstände, wie solche um 1/10 Megohm pro Kilovolt, in einer Anlage wie der hier beschriebenen bei Berührung der Zerstäuberkante lediglich tödliche Schläge verhindern, so führt die Ver-
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wendung genügend kleiner wirksamer Kapazitäten zusammen mit Schutzwiderständen der oben beschrie- benen Art dazu, dass die elektrischen Schläge, die durch eine Berührung der Zerstäuberkante oder eine übermässige Annäherung an diese hervorgerufen werden, von so geringer Intensität sind, dass sie nicht einmal als unangenehm empfunden werden.
Obwohl ein Zerstäuberkopf mit einem Durchmesser von 10 cm eine Kapazität von etwa 10 Pikofa- rad haben kann, verhindert doch die Tatsache, dass der Zerstäuberkopf zum grössten Teil aus einer voll- kommen nichtleitenden Substanz besteht und seine Innenseite mit einem Widerstandsbelag versehen ist, dass die Oberflächenladung an einem Punkt auf dem Zerstäuberkopf plötzlich auf einen andern Punkt, der zu nahe an den mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand oder an den bedienenden Arbeiter ge- führt wurde, überspringen kann, um dort eine Entladung zu verursachen.
Die übliche Luftspritzpistole oder ein herkömmlicher Zerstäuberkopf aus Metall, wie sie früher in elektrostatischen Spritzanlagen verwendet wurden, würden beide eine solche Kapazität und eine gute
Leitfähigkeit besitzen, dass eine Funkenbildung, welche sowohl hinsichtlich der Entzündungsmöglichkeit der Farbflüssigkeit als auch hinsichtlich der Möglichkeit elektrischer Schläge gefährlich wäre, nicht ver- mieden werden könnte. Dieses würde selbst dann zutreffen, wenn Schutzwiderstände der oben erwähnten
Grösse zwischen die Zerstäuberkante und die Hochspannungsquelle geschaltet wären.
Diese Gefahr wird erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass alle Metallteile des Gerätes genügend klein gehalten werden, und dass grosse Teile mit hoher Kapazität einen so hohen verteilten Widerstand haben, dass die gesamt hierin gespeicherte elektrische Ladung nicht augenblicklich bei Funkenbildung zur Entladung kommen kann. Es wurde schon festgestellt, dass bei der Verwendung von Schutzwiderständen der beschriebenen Art, wie z. B. solchen von einer Grösse von 1000 Megohm und einer Stromquelle von 100 Kilovolt der Anteil der freiwerdenden Energie bei einer Entladung von einer Elektrode, die vor dem Schutzwiderstand liegt, zu einer geerdeten polierten Metallkugel als Gegenelektrode mit einem 1 cm grossen Radius, nicht grö- sser sein sollte als die Entladung einer gleichgrossen Metallkugel, die an Stelle der Elektrode verwendet wird.
Auf keinen Fall soll die Stärke der Entladung von einer Metallkugel mit einem 3 cm grossen Radius überstiegen werden.
Es ist daher möglich, eine polierte Stahlkugel, die am Ende des verwendeten Widerstandes ange- bracht ist, immer näher an einen geerdeten Metallgegenstand, z. B. an die oben beschriebene Metall- kugel mit 1 cm grossem Radius, oder an den Finger des die Anlage bedienenden Arbeiters heranzuführen, bis eine plötzliche Entladung stattfindet. Bei einer Metallkugel bestimmter Grösse, einem bestimmten
Widerstand und konstanter Spannung bleibt die durch eine solche plötzliche Entladung freiwerdende Ener- gie weitgehend konstant. So erzeugt z. B. eine polierte Stahlkugel mit einem Radius von 1 cm, die am Ende eines Widerstandes von 1 000 Megohm angebracht ist, bei einer Generatorspannung bis zu 100 Kilovolt eine nur unerhebliche Entladung.
Eine solche Entladung führt bei einem Menschen nicht zu einem unangenehmen elektrischen Schlag und sie besitzt eine zu geringe Energie, um auch solche Farbflüssigkeitsmischungen zu entzünden,. die besonders leicht entzündbar sind, wie z. B. eine gesättigte Mischung von Hexan und Luft bei -160 C und atmosphärischem Druck.
Die Verwendung von grösseren Widerständen, z. B. von 4 000 Megohm, geringeren Spannungen, z. B.
50 Kilovolt, sowie bei Verwendung von weniger leicht entzündbaren Lösungen, wie diese in der Praxis gewöhnlich verwendet werden, z. B. Toluen oder Xylol, gestatten eine wirksame Kapazität, wie sie eine Metallkugel mit 3 cm Radius hat, ohne zu unangenehmen Schlägen oder zu einer Entzündungsgefahr auch der leichtest entzündbaren Mischungen dieser Lösungen, wie z. B. einer gesättigten Toluen-Luft-Mischung bei 170 C oder einer Xylol-Luft-Mischung bei 460 C zu führen. Es ist zu beachten, dass eine polierte Metallkugel als Elektrode nur für Vergleichs- oder Prüfzwecke verwendet wird, und dass eine solche in einer normalen elektrostatischen Spritzanlage nicht verwendet werden kann.
Die Grösse der freiwerdenden Energie bei Entladung einer polierten Metallkugel mit 1 cm Radius, aufgeladen über einen Widerstand von 1000 Megohm, ist jedoch ungefähr die gleiche wie die bei einer Entladung von einem 25 cm langen Draht mit einem Durchmesser von 1, 3 cm, der auf die gleiche Weise aufgeladen wird.
Während das Aggregat Hochspannungsstrom, z. B. Gleichstrom erzeugt, muss gesagt werden, dass es sich hier nicht um einen Gleichstrom im absoluten Sinn des Wortes handelt. Es ist üblich, das Hochspannungsaggregat an einen Wechselstromkreis anzuschliessen und den Strom auf der Hochspannungsseite gleichzurichten und teilweise zu sieben, um einen in einer Richtung fliessenden Strom zu schaffen, der mit seiner Spannung ein elektrostatisches Feld erzeugen kann. Naturgemäss bleibt hiebei jedoch ein Betrag von pulsierender Spannung bestehen. Gemäss der Erfindung wird vorgezogen, als Schutzwiderstand einen Ohm'schen Widerstand zu verwenden.
Während die oben beschriebene Wirkung durch den gesamten wirksamen Widerstand zweier paralleler Widerstände, nämlich des Schutzwiderstandes und der Farbflüssigkeits-
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säule, hervorgerufen wird, kann die gewünschte Schutzimpedanz auch durch die Verwendung von Kohle,
Metalloxyd oder andere in der Praxis verwendete Widerstände erreicht werden ; ferner durch die Verwen- dung von Geräteteilen, die aus einem Material mit dem gewünschten Widerstand hergestellt oder mit einem solchen überzogen sind ; ferner durch den Widerstand der Farbflüssigkeitssäule ; ferner durch die j Impedanzwirkung einer Hochspannungsvakuumröhre, schliesslich durch die Verbindung der oben genannten oder anderer geeigneter Impedanzen.
Das in Fig. 5 gezeichnete Ausführungsbeispiel des Handspritzgerätes ist mit 40 bezeichnet. In diesem
Gerät befinden sich drei getrennte Leitungen 41,42, 43, die von dem Zerstäuberkopf zum hinteren En- de des Gerätes verlaufen und hier in eine einzige Umhüllung zusammengeführt werden, die von einem geerdeten metallischen äusseren Mantel 44 umgeben ist. Der Zerstäuberkopf 45 ist auf einer drehbaren
Welle 46 angebracht, welche mit einer biegsamen Antriebswelle in der Leitung 42 verbunden ist. Der
Zerstäuberkopf 45 besteht wieder aus einem nichtleitenden Material, wie etwa Nylon, und trägt einen Überzug 47 mit einem bestimmten Widerstand. Hier ist dieser Überzug jedoch auf der äusseren Obelflä- che des Zerstäuberkopfes angebracht, während die Farbflüssigkeit an dessen innerer Oberfläche entlang- fliesst.
Die Farbflüssigkeit und der Überzug berühren einander daher nur an der Zerstäuberkante 45a. Die
Hochspannung wird durch die elektrische Leitung 41 herangeführt und über zwei Widerstände 48 und 49 von beispielsweise je 500 Megohm geleitet. Die beiden Widerstände haben eine Gesamtausdehnung von etwa 30 cm. Das vordere Ende des Widerstandes 48 ist mit einer Metallblattfeder 50 elektrisch verbun- den, welche Kontakt mit dem Überzug 47 herstellt, um diesem Strom zuzuführen.
Im Zerstäubergerät ist ein Farbflüssigkeitsregelventil mit einem Auslöser 51 angeordnet, welche sich am Griff 53 um einen Drehpunkt 52 dreht. Wenn sich die Teile des Gerätes in der in Fig. 5 dargestellten
Stellung befinden, schliesst der Ventilbolzen 54 die Farbflüssigkeitsversorgungsleitung 43 unter der Wir- kung einer Feder 55. Wird jedoch das untere Ende des Ventilteiles 51 in Richtung auf den Griff 53 ge- zogen, so wird durch, seine Verbindung mit dem Teil 56 das Ventil 54 aus seiner Lage gehoben, so dass die Farbflüssigkeit durch die Verbindung 57 in die hohle Welle 46 und weiter in den Zerstäuberkopf flie- ssen kann, um sich auf dessen innerer Oberfläche als Film auszubreiten und infolge der Rotation des Zer- stäuberkopfes an dessen Rand zu fliessen.
Die biegsame Welle 42 und die Farbflüssigkeitsleitung 43 können geerdet werden. Der Antriebsmotor und die Farbbehälter können daher ohne die Notwendigkeit von Hochspannungsisolierungen einfach auf den Boden gestellt oder in anderer Weise untergebracht werden. Durch das Flüssigkeitsregelventil 54 in dem Zerstäubergerät erübrigt sich auch eine bestimmte Flüssigkeitspumpe die Farbflüssigkeit kann dem
Zerstäubergerät vielmehr aus einem einfachen Druckbehälter zugeführt werden, in welchem die Farbflüs- sigkeit unter Luftdruck steht. Weiterhin können der Griff 53 und der Auslöser 51 aus Metall hergestellt und mit der geerdeten Metallhülle 44 der Leitung verbunden sein. Hiedurch wird vermieden, dass ein Fehler in der Isolation zu einem elektrischen Schlag des die Anlage bedienenden Arbeiters führt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 enthält einen Serien-oder Schutzwiderstand, der dem der Fig. 2 entspricht. Jedoch liegt der Widerstand der Farbflüssigkeitssäule, welche sich von der Ventilkammer zur
Zerstäuberkante erstreckt, parallel zu dem Widerstand des Luftzwischenraumes zwischen der Zerstäuberkante und dem mit der Flüssigkeit zu überziehenden Gegenstand. Der Widerstand der Flüssigkeitssäule ist nicht parallel zu den beiden Widerständen 48 und 49 geschaltet.
Dies rührt von der Tatsache her, dass die Farbflüssigkeitssäule an dem Ventilteil des Gerätes geerdet ist, so dass sie am Stromaggregat angeschlossen ist, wie der mit der Farbflüssigkeit zu überziehende Gegenstand, wodurch das Potential des Zerstäuberrandes und der Durchschnittspotentialgradient des Feldes bei Veränderungen der Grösse des Luftzwischenraumes zwischen dem Zerstäuberkopf und Gegenstand sowohl von den Widerständen 48 und 49 als auch von der parallelen Impedanz der Farbflüssigkeitssäule gesteuert wird. Wenn die Farbflüssigkeit einen solchen Widerstand hat, der zu annehmbaren und praktischen Werten für Durchmesser und Länge des Flüssigkeitskanals führt, kann unter bestimmten Umständen eine bessere Steuerung der Spannung an der Elektrode erzielt werden.
Ferner kann, wenn die Farbflüssigkeit von der Masse vollkommen isoliert und in dieser Form auf hohem Potential gehalten wird oder eine solche Widerstandsfähigkeit besitzt, um im wesentlichen nichtleitend zu sein, eine ähnliche Steuerung durch die Verwendung einer weiteren Impedanz zwischen der Elektrode, nämlich der Zerstäuberkante und Erde, in Verbindung mit den Widerständen 48 und 49 erzielt werden.
Es wurde festgestellt, dass in beiden, der elektrostatischen Zerstäubung dienenden Ausführungsbeispielen der hohe Serienwiderstand die Zerstäubung verbessert, da er die Zerstäuberkante bei Schwankungen der Grösse des Luftzwischenraumes auf oder annähernd auf der für die Zerstäubung optimalen Spannung hält. Bisher wurde allgemein angenommen, dass für eine wirksame elektrostatische Zerstäubung ein
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Strom von mindestens 0,2 Milliampere notwendig sei. Es wurde jedoch gefunden, dass die Zerstäubung und die Aufladung der Flüssigkeitsteilchen nicht nur erhalten, sondern sogar verbessert werden, wenn ein
Strom von etwa 10 Mikroampère verwendet wird.
Diese Erkenntnis ermöglicht es erst, in Verbindung mit den üblichen Stromaggregaten von 100 Kilovolt Widerstände von mehreren tausend Megohm zu verweni den.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum elektrostatischen Überziehen von geerdeten Gegenständen mit einer von einem elektrisch geladenen Zerstäuber zerstäubten Flüssigkeit, wobei ein hochohmiger Widerstand zur Vermei- dung von Funkenüberschlägen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der hochohmige Widerstand im Hochspannungsstromkreis des Zerstäubers liegt, einige bis 100 Megohm je Kilovolt der verwendeten Hochspannung aufweist, und unmittelbar hinter dem am vorderen Geräteende angeordneten Zerstäuber bzw. innerhalb des aus Isoliermaterial bestehenden Gerätegehäuses angeordnet ist, wobei alle leitenden
Teile des Zerstäubers zusammen eine effektive Kapazität besitzen, die einer Metallkugel mit einem Ra- . dius von etwa 3 cm im gleichen System entspricht.